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真空

阅读:901发布:2020-05-11

专利汇可以提供真空专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种具有至少一个组件的 真空 泵 ,所述组件包括一种材料或由该材料组成,其中该材料包含金属和纳米微粒,以及涉及一种用于制造 真空泵 的方法。,下面是真空专利的具体信息内容。

1.一种真空
其特征在于,
所述真空泵的至少一个组件(30)包括一种材料或由所述材料组成,其中所述材料包含金属和纳米微粒。
2.如权利要求1所述的真空泵,
其特征在于,
设置定子和至少一个转子体(30),其中所述转子体(30)对着所述定子被可旋转地安置。
3.如权利要求1或2所述的真空泵,
其特征在于,
所述金属包括轻金属,例如并且特别是5083或2618类型的铝合金
4.如前述权利要求中任一项所述的真空泵,
其特征在于,
所述材料包含重量百分比在0.5至10%之间的,优选地重量百分比在1至9%之间的,进一步优选地重量百分比在2至4%之间的纳米微粒。
5.如前述权利要求中任一项所述的真空泵,
其特征在于,
所述金属形成具有平均颗粒大小为在1和400nm之间的,特别是在1和200nm之间的颗粒,其中优选地,所述颗粒通过所述纳米微粒被至少部分地互相分开。
6.如前述权利要求中任一项所述的真空泵,
其特征在于,
所述纳米微粒具有为至少3的长宽比,优选为至少10的长宽比,特别优选为至少30的长宽比。
7.如前述权利要求中任一项所述的真空泵,
其特征在于,
纳米管作为纳米微粒被提供,所述碳纳米管具有带有多个卷起的石墨层的卷轴式结构,其中每个石墨层包括两个或多个连续排列的石墨烯片(58)。
8.如前述权利要求中任一项所述的真空泵,
其特征在于,
所述材料通过粉末冶金法从包含金属和纳米微粒的粉末状复合材料获得,其中所述粉末状复合材料优选地通过具有纳米微粒的金属粉末的机械合金化获得。
9.如前述权利要求中任一项所述的真空泵,
其特征在于,
所述组件是所述真空泵的转子体,并且特别包括所述真空泵的涡轮分子泵级的转子盘(30)或由所述转子盘(30)组成。
10.如权利要求9所述的真空泵,
其特征在于,
所述转子盘(30)包括多个转子叶片(28),所述转子叶片(28)分别完全地或部分地由所述材料组成。
11.一种用于制造真空泵的方法,特别是制造如前述权利要求中任一项所述的真空泵的方法,所述方法包括,所述真空泵的至少一个组件(30)至少部分地由包含金属和纳米微粒的材料制造。
12.如权利要求11所述的方法,
其特征在于,
所述组件(30)的形成包括对至少部分地由所述材料形成的、用于所述组件的基体(78)的机械加工,其中所述加工包括特别是材料去除加工。
13.如权利要求11或12所述的方法,
其特征在于,
粉末状复合材料被提供,所述粉末状复合材料包含金属和纳米微粒,并且所述粉末状复合材料通过粉末冶金法被加工成所述组件或用于所述组件(30)的基体。
14.如权利要求13所述的方法,
其特征在于,
粉末状复合材料的提供包括具有纳米微粒的金属粉末的机械合金化,其中所述合金化特别是以如下方式实施,即在所述粉末状复合材料中,所述金属具有大小在1和200nm之间的平均颗粒,其中所述金属的颗粒通过所述纳米微粒被至少部分地互相分开。
15.一种通过根据权利要求11至14中任一项所述的方法获得的或可得到的真空泵。

说明书全文

真空

[0001] 本发明涉及一种真空泵,特别是一种涡轮分子泵,和一种用于制造真空泵的方法。
[0002] 真空泵,如特别是涡轮分子泵,适用于在真空室中制造高纯度真空,并且例如被使用于涂层和半导体技术,以便为要在其中执行的工艺步骤制造必需的真空。典型的半导体工艺由大量连续的工艺步骤组成,其中各种不同的工艺气体被引入真空室,这些工艺气体随后必需由真空泵抽掉。为了尽可能地减少决定这个方法经济性的周期,存在一个目标,即提高真空泵的运输量和运输效率,并且例如以被提高的转速驱动真空泵。
[0003] 除了被提高的机械负荷之外,更高的运输量和转速导致泵部件的显著发热和因此所产生的热负荷。
[0004] 现有技术中,提出了用于涡轮分子泵转子盘的不同的材料,这些材料应经受得住被提高的热负荷和机械负荷。例如US 6,095,754A描述了由金属基体和强化添加剂制成的复合材料应用于涡轮分子泵的转子盘的叶片。WO 2007/125104 A1描述了一种具有由合金制成的叶片的涡轮分子泵的转子或定子,该铝合金包括应经受得住被提高的温度的Al-Cu-Mg-Mn-可锻合金。
[0005] 用于具有高气体负荷和高传送速度的工作的已知真空泵的适用性,例如在半导体技术中的适用性,也受限于上述材料的使用。例如对于半导体制造而言,在特殊工艺步骤中待传送气体的瞬时积累的量导致转子瞬时转数降低,这特别是在高转数时导致了旋转的泵组件的强材料负荷和温度提高。因此突然地发生高的机械和热负荷,其由于泵组件有限的热负荷能和机械负荷能力可能导致已知真空泵过早的损坏和减少其使用寿命。
[0006] 本发明的任务是,完成一种真空泵,其能够可靠地以高气体负荷和高传送速度工作,其同时具有高使用寿命并且还可成本合适地制造。特别是所述真空泵也应经受住同时且特别是循环地反复发生的高的机械负荷和热负荷,例如在半导体制造时,真空泵的使用寿命不会由此降低。
[0007] 所述任务被具有权利要求1的特征的真空泵,特别是涡轮分子泵解决。
[0008] 根据本发明,真空泵的至少一个组件包括一种材料或由该材料组成,所述材料包括金属和纳米微粒。
[0009] 泵组件的强化通过纳米微粒添加物实现,其提高组件(例如涡轮分子泵的转子盘)的耐抗性,即针对在真空泵工作时伴随高气体负荷和传送速度出现的机械负荷和热负荷的耐抗性。同时泵组件保持其对于真空泵的使用而言合适的金属或类金属的材料属性。
[0010] 特别地,泵组件具有由通过纳米微粒强化金属属性所提高的强度,即特别高的高温强度和疲劳强度。据信,纳米微粒阻碍了金属中的位错运动或晶格缺陷,因此确保了材料高的位错密度和相应高的强度。同时所述材料在高负荷时也具有少的蠕变延伸(Kriechdehnung),由此由蠕变变形引起的转子盘损坏的危险得以避免。
[0011] 由此,一种真空泵被完成,其能以高的负荷和运输效率工作并且仍然具有高使用寿命。如下面更详细地解释的,该真空泵以简单的方法和以成本合适的方式制造,并因此是成本合适的。
[0012] 此外,与已知真空泵相比,该真空泵的高负荷能力使得提高真空泵出口侧的压力,也就是说前级真空压力成为可能,该真空泵在其工作时将被运输的气体压缩至该压力。出于这个原因,能用更少的大功率前级真空泵(其被连接在真空泵出口上)工作,以便将气体从前级真空压力压缩到大气压。原则上甚至能完全放弃使用前级真空泵,也就是说真空泵特别是涡轮分子泵能被完成,其能够可靠地以高的泵功率工作,使得泵将被运输的气体直接压缩到大气压。
[0013] 本发明的有利实施例从属权利要求说明书附图中被说明。
[0014] 对于纳米微粒,其可能涉及纳米微粒,特别是涉及碳纳米管
[0015] 优选地,真空泵具有定子和至少一个转子体,其中转子体对着定子被可旋转地安置。真空泵原则上能被设计为涡轮分子泵、霍尔维克泵(Holweckpumpe)、侧通道泵、滚动活塞泵 或多个前述泵种类的组合或复合式真空泵。
[0016] 金属在此处既被理解为纯金属,也就是说单一成分的金属合金,又被理解为传统意义上的合金,也就是说多组分金属合金。
[0017] 优选地,金属是轻金属例如铝、镁、或具有一种或多种前述元素的金属合金。同样地,金属能包括铜合金。基于铝的少的比重和基于由铝所组成的旋转组件相应小的离心力负荷,则特别地,铝或铝合金或可锻铝合金作为金属是合适的。在这种情况下,机械属性和热属性通过添加纳米微粒相比于纯金属得以改进,使得由所得材料制造的组件针对高的机械负荷和热负荷具有明显改进的耐抗性。如果使用5XXX类型的铝合金(特别是5083类型的合金),可得到特别高的负荷能力。在应用2XXX类型的铝合金(特别是2618类型的铝合金)时,可实现高的机械耐抗性和热耐抗性。其中,铝合金,特别是5XXX类型(例如5083)或2XXX类型(例如2618)的铝合金,优选地符合DIN EN 573-1、2、3中相应的定义,也就是说5083类型的铝合金符合其中定义的铝合金EN AW-5083或2618类型的铝合金符合其中定义的铝合金EN AW-2618A。为了实现高的强度,固溶强化(mischkristallverfestigt)的金属合金能被应用。泵组件的材料一般地能具有多于160HV的维氏硬度。
[0018] 如果材料包含重量百分比在0.5至10%之间的,优选地重量百分比在1至9%之间的,进一步优选地重量百分比在2至4%之间的纳米微粒,则组件的特别高的强度被实现。其余材料能够至少接近完全地由金属或金属合金组成。
[0019] 金属和纳米微粒共同形成优选是牢固的结构,其中金属能形成基体,纳米微粒则被嵌入该基体中。如果纳米微粒至少部分地分散地存在于金属中,并且至少部分地分散地被嵌入金属形成的基体中,则特别高的强度被实现。优选地,纳米微粒在材料中具有至少近似均质的并且特别是基本上均匀的分布。由此在组件的所有区域中和所有空间方向上,相同有利的机械性能和热属性能被确保。
[0020] 按照一有利的实施例,所述材料包括由金属形成的颗粒,这些颗粒具有在1和400nm之间的平均颗粒大小,优选1和200nm之间。所述颗粒(其也被称为晶粒)优选地通过纳米微粒至少部分地互相分开。由此得到特别高的材料强度。据信,优选地沿着颗粒边界的纳米微粒阻碍颗粒生长和金属中的位错运动,因此确保了特别高的材料强度。除了在沿着金属的颗粒边界延伸的纳米微粒之外,还可能存在至少部分地在颗粒内延伸的纳米微粒,因此强度被进一步提高。据信,这种纳米微粒提高颗粒与邻近颗粒的附着,因此额外提高材料强度。
[0021] 如果纳米微粒至少部分地或平均地具有的长宽比(也就是说长与横截面直径的比率)为至少3,优选为至少10,并且特别优选为至少30,则通过纳米微粒实现的强化是显著的。
[0022] 纳米微粒特别是被理解为具有在纳米级范围中的两个或三个外形尺寸的微粒,也就是说在1至1000nm范围中,优选在1至100nm范围中,因此纳米纤维也被包括于此概念。关于材料强度和其可加工性的有利结果,特别是在应用无机纳米微粒(如特别是由碳化物、氮化物和化物构成的纳米微粒)时实现。特别高的强度借助于碳纳米微粒,特别是碳纳米管或称“carbon nanotube”(CNT)实现。因此优选的是,所述纳米微粒至少部分地并且特别是基本上完全地由碳纳米管形成。
[0023] 按照一有利实施例,提供作为纳米微粒的碳纳米管,该碳纳米管具有卷制结构或卷轴式结构。代替无缝封闭圆柱状结构,这种纳米管的一个或多个石墨烯片具有螺旋形的横截面,也就是说卷起的石墨烯片具有两个互相分开的交错地卷起的长侧边。具有这种结构的碳纳米管和其制造例如在Iijima,Nature 354,56–58,1991和Bacon,Journal of Applied Physics34,1960,283–90中被说明。
[0024] 碳纳米管也能具有带有多个卷起的石墨层的卷轴式结构,其中每个石墨层包括两个或多个连续排列的石墨烯片。所述多个石墨烯片共同形成前述螺旋结构,其中所有石墨烯片的长侧边被交错地卷起。这种碳纳米管,其结构也被表示为多卷轴式结构,以及其制造在DE 10 2007 044 031 A1中被说明。在碳纳米管的石墨烯片的开放长侧边之间形成中断,使得达到纳米管与金属的特别紧密的连接成为可能,由此材料强度被提高。基于碳纳米管的不是封闭的,而是在石墨烯片的长侧边区域开放的横截面,典型地不是直线的,而是沿着曲折的、弯曲路径,该路径具有相对短的,在两个弯曲之间布置的直的部分并且因此优选地形成具有多个互相缠结的碳纳米管的线团或束。这种线团与分散的碳纳米管相比,可被容易地并且具有较少安全措施地进行操作,由此生产成本被降低。
[0025] 多卷轴式纳米管的最外层能通过功能化,特别是通过加压负荷实施的功能化至少部分地裂开,由此还使得与金属的紧密连接成为可能。
[0026] 碳纳米管的平均外直径能是在5nm和25nm之间,特别是大约13nm。纳米管的平均长度能在0.5μm和20μm之间,优选在1μm和10μm之间,因此得到很高的纳米管长宽比。纳米管的平均内直径能在2nm和15nm之间,特别在大约3nm和8nm之间。纳米管能具有通过灰化法测定的超过95%的,优选大于99%的碳含量。例如能使用由Bayer Material Science AG(邮编51368,勒沃库森)公司以商品名Baytubes 销售的碳纳米管。
[0027] 按照一有利实施例,组件的材料可通过粉末冶金法从包含金属和纳米微粒的复合材料获得。借助这种方法,可确保由金属和纳米微粒制成的特别坚实的结构,特别是确保金属中纳米微粒的均匀分布。粉末冶金方法,其优选地转换粉末状原料到坚固的连续的并且优选地至少近似无孔或少孔的基体,该方法能包括机械变形,特别是在同时供给热量时的机械变形。通过变形,例如具有基本上圆的横截面的、长的基体能被制造,其能够例如基本上是圆柱形或螺栓形的并且具有在50nm和200nm之间的、优选地在60nm和120nm之间的直径。所述基体也能设计为片状或板状。例如粉末冶金方法能包括热等静压(HIP)或者挤压或挤出粉末状复合材料。原则上,变形也能包括轧制。在粉末冶金方法期间,金属中的位错运动或晶格缺陷位点被纳米微粒阻碍,因此材料在粉末冶金方法之后,和在这种情况下可能随之发生的热处理之后具有高的位错密度,并且粉末冶金方法制造的材料因此具有相应的高强度。
[0028] 如果粉末状原料可通过具有纳米微粒的金属粉末的机械合金化获得,则具有特别合适的属性的泵组件被实现。这种合金化导致在粉末状原料中,纳米微粒完全散布在金属中,并且在单个粉末微粒中纳米微粒与金属之间有稳固的连接,使得由此粉末冶金制造的材料同样具有特别高的强度。
[0029] 粉末状原料能特别是通过以下方法获得,该方法包括,金属粉末和纳米微粒通过机械合金化加工,使得所制成的复合材料金属颗粒(其也被称为晶粒)具有在1nm至100nm范围中的、优选在10nm至100nm范围中的或在大于100nm至200nm范围中的平均大小,这些复合材料金属颗粒至少部分地通过纳米微粒互相分开。具有这种颗粒大小的材料导致所得泵组件的特别高的强度。此外,所述原料可在工业规模上被制造并且可相应成本合适地获得。
[0030] 一种用于制造合适的粉末状复合材料的方法和可由此获得的复合材料,例如在Bayer International SA公司的WO 2010/091790 A1中被说明。对于所述粉末状复合材料,其特别是涉及可根据WO 2010/091790 A1发明所述的方法获得的复合材料。WO2010/091790 A1的相关内容通过引用并入本说明书。所述粉末状原料能同样可通过WO
2010/091790 A1的同族专利发明之一所述的方法获得,其相关内容同样通过引用并入本说明书。特别是Bayer International SA公司的WO 2010/091704 A1、WO 2010/102655 A2、WO 2010/091789 A1、WO 2010/091791 A1和WO 2011/032791 A1中都描述了此类方法。
[0031] 一种材料,真空泵组件能至少部分地使用该材料制造,可从Bayer Material Science AG(邮编51368,勒沃库森)公司以商品名Bayal-C DP 获得。
[0032] 包括所述材料的真空泵组件优选是一种在泵工作期间与被输送的介质发生接触并且特别是具有泵高效结构的组件。在高的泵功率时出现机械和热负荷情况下对此种组件有特别强的需求,因此具有所述材料的这种组件的构成对真空泵的使用寿命有特别显著的影响。
[0033] 根据一有利实施例,所述组件是真空泵的转子体,其在真空泵工作时被旋转地驱动并且优选地具有泵高效结构。例如,组件能包括真空泵的涡轮分子泵级的转子盘或由其组成。在这种情况下,通过所述材料实现了泵的可能的泵功率和使用寿命的特别显著的增加,这是因为转子盘特别是其叶片在真空泵以高的气体负荷和转速工作时,受到在机械上和在热学上特别强的负荷。在这种情况下,转子盘能够是真空泵的独立的配件或是大的旋转组件的一部分。转子盘能例如与转子轴一件式地构成或包括与转子轴连接的支撑环。真空泵的组件也能通过钟形转子体形成,例如通过涡轮分子泵级的钟形转子形成,该钟形转子能特别包括涡轮分子泵级的一个或多个转子盘。
[0034] 转子盘包括优选的多个转子叶片作为泵高效结构,其分别完全地或部分地由所述材料组成,并且例如冠状地绕转子盘的支撑环或转子轴被布置。叶片具有例如在径向方向上定向的纵向延伸,和面对旋转方向设置的表面,以便将在输送方向上,也就是说特别是垂直于盘平面定向的动量输出到气体分子上。
[0035] 代替涡轮分子泵级,转子体也能是霍尔维克泵级、西格班泵级、侧通道泵级或滚动活塞泵级的一部分,并且能例如是旋转的霍尔维克缸。霍尔维克缸优选地具有光滑的气缸套形的泵高效表面,其对着设有螺旋形螺纹槽的定子套旋转,在其中引导被泵送驱动的气体。同样可能的是,代替定子套,旋转的霍尔维克套具有带有螺旋形螺纹槽的螺纹,并且例如对着定子套的光滑表面旋转。还有一种设计方案可能是,其中转子套对着定子套旋转,其中转子套与定子套彼此相对,特别是不但转子套而且定子套的气缸套形表面分别具有带有螺旋形槽的螺纹,其中以泵效应驱动的气体流动,其中一个套的螺纹转动方向与另外一个套的螺纹转动方向相反。
[0036] 优选地,泵组件可通过一种方法获得,该方法包括对至少部分地由所述材料形成的基体进行机械加工,该基体能够是半成品。例如,加工能包括材料去除和特别是切割的加工。尽管材料有高的机械强度,但是泵组件能由此以期望的几何形状和可能的泵高效结构制造,在制造时不存在材料塑性变形的必要性和因此相关的材料的不利改变的危险。例如,转子盘的转子叶片包括其在转动方向上具有的和对着转动方向设置的表面,其基本上完全地通过材料去除方法由所述基制造得出。基体的塑性变形在制造泵组件时能被相应地甚至完全地放弃。
[0037] 本发明的一个目的也是一种用于真空泵的组件,特别是用于涡轮分子泵的转子盘,其包括包含金属和纳米微粒(特别是碳纳米管)的材料或由该材料组成。前述根据本发明有关的真空泵关于真空泵组件所述的有利实施例和优点,在相应的应用时体现根据本发明的组件的有利实施例和优点。
[0038] 本发明的进一步目的是一种用于制造真空泵(特别是涡轮分子泵)或制造用于这种真空泵的组件的方法。所述方法包括,真空泵的一个组件或所述组件至少部分地由包含金属和纳米微粒的材料制造。
[0039] 由包含金属和纳米微粒的材料构成的组件的制造,导致真空泵能被耐用地和可靠地以高的泵功率和高气体负荷工作,并且同时具有高的使用寿命。所述方法能特别被实施用于制造如前述根据本发明的真空泵。此处关于根据本发明的真空泵以及其制造或可制造性所述的有利实施例和优点,在相应的应用时体现根据本发明的方法的有利实施例和优点。因此,通过所述方法,具有有利机械属性和热属性的组件的真空泵被完成,其中真空泵组件的属性以及其材料属性此外还可通过方法参数的影响被容易地和有针对性地调整。
[0040] 对于纳米微粒,能够涉及碳纳米微粒,特别是涉及碳纳米管。
[0041] 按照一有利实施例,组件的形成包括对至少部分地由所述材料形成的用于组件的基体的机械加工。所述加工优选地包括材料去除和特别是切割的加工,例如磨、转、碾、锯、镗或切割。由此,具有期望形状的泵组件能被制造,不需要材料的塑性变形,因此材料的有利属性不被损害,而原则上并不排除进行这种塑性变形。
[0042] 例如,至少一个用于真空泵的涡轮分子泵级的转子盘能通过材料去除加工从基体制造得出,其中优选地在旋转方向上具有的和对着旋转方向设置的转子盘叶片的表面在基本上完全地通过材料去除加工制造得出。基体最初能够具有例如长形的,特别是基本上圆柱的形状,其中圆柱形基体的盘形部分能被切割,然后转子盘的泵高效叶片结构能够通过材料去除加工从中制造得出。基体也能设计为片状或板状。
[0043] 钟形转子(特别是用于涡轮分子泵级)也能从基体制造,特别是通过材料去除加工来制造,其中该钟形转子能包括涡轮分子泵级的一个或多个转子盘。
[0044] 按照一实施例,粉末状复合材料被提供,其包含金属和纳米微粒并且其通过粉末冶金法被加工成组件或用于该组件的基体。
[0045] 粉末状复合材料的加工能包括机械变形,其中该复合材料优选地同时被供给热。例如,由粉末状复合材料制成的组件或其基体能通过挤压或挤出和/或热等静压制造。在这种情况下,粉末状复合材料中包含的纳米微粒阻碍金属中存在的位错运动或晶格缺陷,因此被提供热的条件下变形的实施,自身确保由粉末产生的材料的高的位错密度和相应的高强度。
[0046] 优选地,粉末状复合材料的提供包括对具有纳米微粒的金属粉末的机械合金化。优选地,被应用的粉末状复合材料可根据以上引用的Bayer International SA公司的公开文献发明所述的方法获得,或根据此处所述的方法被制造。
[0047] 特别地,机械合金化以如下方式被实施,即在粉末状复合材料中金属具有的平均颗粒大小或晶粒大小在1nm和200nm之间,其中金属的微粒或晶粒通过纳米微粒被至少部分地互相分开。
[0048] 所述机械合金化优选地包括研磨(特别是高能磨),其例如在应用具有研磨腔室的球体研磨机的条件下进行,并且其中自由运动的球体能被作为研磨介质实施。机械合金化能包括参与合金的粉末微粒的反复变形、打破和熔合到一起(Zusammenschweiβen)。研磨能被以在350和1000U/分钟之间的,优选在500和800U/分钟之间的转数工作,所述研磨腔室能在垂直于转轴的平面具有在250nm和1000nm之间的,优选为大约500nm的直径。所述球体能以至少5m/s的,优选至少8m/s的并且进一步优选至少11m/s的速度被加速。研磨持续时间能在45和240分钟之间,优选在90和120分钟之间。通过研磨作用,金属的颗粒大小可被减小并且同时建立在金属和纳米微粒之间紧密的连接。在这种情况下,纳米微粒能与金属材料以如下方式连接,即使得其与金属颗粒被至少部分地互相分开或甚至被部分地嵌入金属颗粒中。
[0049] 纳米微粒在机械合金化之前,优选地以通过纳米微粒的凝聚物构成的粉末形式存在,特别是由互相混杂或缠结的碳纳米管的捆束或线团构成。由此,纳米微粒的可处理性明显被提高,并且用于该处理所必需的安全措施被简化。优选地,至少95%的凝聚物有大于100μm的大小。
[0050] 优选地,为进行机械合金化而被提供的纳米微粒通过催化化学气相沉积法(或称Catalytic Chemical Vapor Deposition(CCVD))制造。特别地,微粒能通过例如在流化床反应器中实施的流化床方法产生。用于制造相应的纳米微粒或纳米微粒的捆束的示范性方法,在前述的Bayer Technologies SA公司的公开文件中以及在DE 10 2007 044 031 A1中有所说明。此处所述的方法导致多卷轴式类型的碳纳米管,基于其曲折的和弯曲的纵向形状,以特别合适的方式形成前述连续的捆束或线团。例如Baytubes 能被使用。
[0051] 在机械合金化之前,碳纳米管能被功能化,这能包括碳纳米管的加压,即使得碳纳米管的至少一部分的至少最外层的石墨烯片裂开。在这种情况下,捆束能以至少5MPa的压力并且优选以至少7.5MPa的压力来加压。
[0052] 在机械合金化时应用的金属粉末例如能通过熔融金属的雾化制造。在粉末制造之前或之后能实现金属的固溶强化。
[0053] 本发明的另外一个目的是真空泵或真空泵的组件,其可根据此处所述的根据本发明的方法获得。前述关于所述方法描述的有利实施例和优点,在相应的应用时体现根据所述方法可获得的真空泵或组件的有利实施例和优点。
[0054] 在下文中,本发明将示范性地根据有利实施例参照附图来说明。附图中示出:
[0055] 图1为按照本发明一实施例的真空泵的纵截面;
[0056] 图2为图1所示真空泵一部分的部分剖视透视图;
[0057] 图3为应用按照本发明一实施例的方法的流化床反应器;
[0058] 图4为借助图3的反应器所制造的碳纳米管的截面透视图;
[0059] 图5为应用所述方法的、用于制造金属粉末的装置;
[0060] 图6为在所述方法中应用的球体研磨机;和
[0061] 图7为按照本发明一实施例的、用于制造真空泵组件的基体。
[0062] 图1示出按照本发明一实施例的被设计为涡轮分子泵的真空泵。该真空泵的多部分壳10包括在其高真空侧上的凸缘12,借助该凸缘真空泵可连接到待抽成真空的真空腔室。凸缘12围绕进气口14,真空泵通过该进气口抽吸气体。
[0063] 真空泵包括转子,该转子具有可围绕真空泵的转轴16转动地安置的转子轴18,其可通过电机传动装置转动地驱动。所述传动装置包括定子侧的驱动线圈20和转子侧的驱动磁体22。转子轴18可通过两个在转轴16方向上互相分开的、被设计为滚动轴承的枢轴轴承24、26转动地安置。作为替换或附加地,靠近离进气口14放置的枢轴轴承26也可设置永磁轴承,其能被布置在泵的进气口14的区域中并且能被设计为无润滑剂的,以便避免污染真空腔室。
[0064] 转子轴18支撑多个在径向方向上定向的并且配有转子叶片28的转子盘30,其被布置到固定在壳10上的并且同样配有叶片的定子盘32之间,并且与该定子盘在轴向方向上交替。转子盘和定子盘30、32形成涡轮分子的泵机构,其泵作用将被进气口14抽吸的气体推进到达泵排出口34。在涡轮分子泵级和排出口34之间的流动方向上,原则上还能设置其他的,特别是分子的泵级,例如一个或多个霍尔维克泵级、西格班泵级或侧通道泵级,以便确保期望的泵性能。
[0065] 图2示出图1所示真空泵一部分的部分截面透视图。被示出的是转子盘30,其具有在转子轴18(图1)上设置的支撑环36和与该支撑环36径向间隔开的叶片28,该叶片包括对着与转轴16成切线方向定向的旋转方向设置的表面40,以便将在输送方向上定向的动量传递到被输送的气体分子上。
[0066] 转子盘30整个地从基体研磨得出,并且由包括混有碳纳米管的铝合金的材料组成。由此真空泵的高使用寿命也在高的气体负荷和泵功率条件下被确保。
[0067] 在下文中,参照附图3至7描述了一种用于制造按照本发明实施例的真空泵的方法。
[0068] 图3示出用于通过催化化学气相沉积法(CCVD)制造碳纳米管的流化床反应器42,该碳纳米管作为用于所述方法的原料。反应器42通过加热装置44供热。反应器42具有在其下端处的、用于供给惰性气体和反应气体的入口46,用于使氮、反应器42的惰性气体和副产品逸出的上部出口48,用于供给催化剂的催化剂入口50、和用于提取所制造的碳纳米管的提取开口。
[0069] 为了制造纳米管,首先将氮作为惰性气体通过下部入口46供给,并且反应器42通过加热装置44加热到大约650°的温度。然后,催化剂以微粒大小在30μm和100μm之间的微粒凝聚物54形式通过上部入口50供给,其中优选地涉及基于钴或锰的过渡金属催化剂,并且钴与锰的摩尔质量比例如在2:3和3:2之间。接下来,气体状的反应物56通过下部入口46供给,其包括作为碳供体的类气体和惰性气体。反应物气体与惰性气体的比率能为大约9:1。
[0070] 对于流化床方法,在催化剂微粒上的碳以碳纳米管形式被分离,该碳纳米管具有的多卷轴式结构具有曲折的弯曲的长形,其中许多小管形成连续的、具有在0.05mm和5mm之间的平均直径的捆束或线团,其能够作为粉末通过提取开口52取出。
[0071] 图4示出以前述方式制造的、横切碳纳米管的剖视图。碳纳米管包括多个在图4中仅示意地示出的石墨烯片58,其被交错地卷起以形成管形截面。基于这个截面形式,小管采取有利于形成线团的弯曲的或曲折的曲线,并且在随后的加工时达到与金属材料特别紧密的连接。
[0072] 所提取的线团通过具有大约9.8MPa的加压来功能化。通过该加压,单个碳纳米管的至少最外层58部分地裂开,由此其表面在一定程度上变粗糙,并且可能实现与金属紧密的连接。
[0073] 图5示出用于制造金属粉末的装置。所述装置包括包含熔融铝合金的熔炼室60。金属通过氩气-驱动气体62的压力通过喷嘴64喷入腔室66并且在此雾化。在腔室66中,被雾化的金属通过氩气淬火,氩气被另外一个喷嘴68喷入腔室66,其中雾化的金属液滴凝固成微粒,其在腔室66底部作为金属粉末收集。
[0074] 图6示出用于机械合金化以前述方式制造的粉末的球体研磨机,其中粉末由具有金属粉末的碳纳米管构成。研磨机包括腔70,其中转子绕垂直于附图平面指向的转轴在箭头76方向上可转动地驱动。转子包括多个在轴向上连续地布置的成对的臂72,其中臂72的外端在工作期间能达到速度为至少8m/s或至少11m/s,由此在腔室70中设置的硬质金属球体74被相应地加速。
[0075] 为了制造机械合金化,腔室70通过由碳纳米管线团和金属粉末构成的粉末装满。在研磨期间,球体74之间的碰撞导致球体74之间存在的材料,也就是说金属微粒和碳纳米管,反复变形、打破和互相熔合,因此碳纳米管熔入金属微粒并且产生粉末状复合材料,其微粒包含金属和碳纳米管。金属和碳纳米管在微粒中互相熔合并且形成合金,其中得到的碳纳米管在金属微粒中基本上均匀分布。金属的颗粒大小通过研磨减小,并且碳纳米管以如下方式嵌入金属,即使得其沿着金属的晶界延伸或嵌入金属颗粒。
[0076] 坚固的主体通过粉末冶金法(例如挤压)由所产生的粉末状复合材料生成,其用作真空泵转子盘的基体。
[0077] 图7示出以这种方式制造的、基本上圆柱形的基体78。为了制造转子盘,相应于转子盘的圆盘形的基本形状的圆盘能被从基体78切割下来,其随后能通过形成支撑环和在该支撑环上径向连接的叶片加工成转子盘。代替单个的转子盘,例如钟形转子也能被制造。
[0078] 参考附图标记列表
[0079]
[0080]
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